凹槽非定常超音速流动的研究

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1、第4l卷第4期2011年7月航空计算技术Aeronau⋯alC‘邶叫ingTechniqueVnl41Nu4JuI20ll凹槽非定常超音速流动的研究刘欧子，蔡晋生(西北工业大学翼型、叶栅空气动力国防科技重点实验室，陕西西安710072)摘要：用ssT的两方程紊流模型，采用时间和空间上二阶的方法，求解雷诺平均N—s方程．得到开放型凹槽的流动特性的变化数值模拟了飞行马赫数为5时的测试结果，得到不同时刻流场参数的变化凹槽内流体质量的增加和减少．有助于油气的混合和燃烧，对于维持燃料的超音速燃烧是非常关键的，对超燃冲压发动机燃烧室的设计具有重要的价值，关键词：凹槽；非定常

2、：超音速流动：自教振荡中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671—654x(2011)04—0028—04Res明rchonU璐teadySupe巧oIlicCavityFlowUU0u—zj，CAIJin—she“g(姆止幻n咖，y0，一e咖戚c如i卵口蒯ms眦rc^，舳一h脚比mf均口e击n拓一踟妇琚时，施’矾7J0072，吼池)Abst髓ct：Thecomputationalanalysjswaspe舶删edofself-sustainedoscil】atorynowoverthe叩encavityd—Venbyashearlayeratnigh

3、tMach5．0condilion．BythesolutionoftheR。ynolds．aveT。agedNavier—Stokes8quationswichatwo-8quationSsTonurbuIencemodeltheunsteadynowwasstudied．r11．1ereso—nancecycleofthewedgecaVitywas90lbysimulation．TheamplitudeofLhepressumoscillationon出e曲walljsmuchhigher￡han【hatattheotherwalldue￡oIhemassa

4、dditionandexpulsionmechanismalongtheanwa】1．Thi8pedodicmassadditionandexpulsj【mcouldbec^tjcalIothefuelandairmixingandname—h01djngjnthescramjeten画neapplica【ions．Keyword8：cavity；unsteady；s“personjcnow；self—sustainedoscillation引言凹槽火焰稳定器——有可能成为超燃冲压发动机推进系统的一个部件，目前受到了厂’泛的关注。俄岁斯航空发动机巾央研究院(cI

5、AM)把凹槽作为超音速燃烧火焰稳定器的首次成功实现促进了这方面的研究“。在燃烧室内使用凹槽可以形成一个高温、低速区域，有助于燃料燃烧和火焰的稳定，与其他传统的火焰稳定器(如V型槽和钝体)相比，凹槽火焰稳定器在总压损失上有着很大的优势”。1。当超音速气流流过凹槽时，stauings和wilcox41把凹槽流动分为开放、闭合和过渡型i种类型：L／D<7～10为开放型凹槽，∥D>10～13为闭合型凹槽，∥D=7～13为过渡型凹槽。由于开放型凹槽的阻力相对比较小，闪而选作火焰稳定器一当超音速气流流过凹槽时，在主流与凹槽内流体之间形成不稳定的剪塑星!兰生臼邀堡笾：塑了避免

6、燃烧的不稳定，常常采收稿日期：20IJ—03—21修订日期：201J05—2l基金项目：国家博士后基金项钮资助(20】(xH71635)取方法来拟制凹槽的自激振荡，最简单而且可行的方法就是把凹槽的后缘改为斜坡形状。在凹槽非定常流场特性的研究方面已进行了大量的数值模拟研究：RjzzeI【a对凹槽的超声速三维流动进行了数值模拟，得出凹槽内主要非定常振荡特性是二维的结论”1。Tm等人对几种紊流模型计算开放型凹槽流场的结果进行了比较⋯。zhang和Edwards使用两方程紊流模型对主流马赫数』'f=1．5，∥D=3开放型凹槽基本及其变型结构的振荡周期进行了计算”】，美国

7、cincinnati大学的研究人员通过建立LDsT(alumpeddekministicsourceterIll)的方法来模拟非定常凹槽流动⋯国内侯q，喜等人在算法上采用了空间上5阶的wEN0格式，时间上具有TVD性质的3阶Runge—KucIa方法和紊流B．L模型，数值模拟了凹槽的非定常流场。⋯。孙明波等通过大涡模拟对凹槽的振荡特性进行研究⋯⋯。深入理解凹槽振荡机理及对其作者简介：刘敞r(197l一)．女．陕两西安人，博J．后，『学博j，丰砭研究方向为发动机内流场仿真灶趟声速燃烧]J—■■■一一剧一阉一2011年7月刘欧子等：凹槽非定常超音速流动的研究进行控制

8、，得到设计凹槽的方法，使